(57)【要約】【課題】回路の複雑化を抑止しつつ小型軽量化を実現する磁気式絶縁型信号伝送装置を提供すること。【解決手段】パルストランス２の二次コイルと、高入力の絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２との間にツェナダイオード３０を介在させる。これにより、簡素な回路構成により低ビットレートのパルス信号伝送が可能となる。【選択図】図２
2006352782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号電圧を出力する送信回路と、
送信回路から一次コイルへ印加された前記パルス信号電圧を二次コイルに伝送するパルストランスと、
所定の入力容量値と大きい入力抵抗値を有するとともに前記パルストランスを通じて受信した前記パルス信号電圧を増幅する受信回路と、
を備える磁気式絶縁型信号伝送装置において、
前記トランスと前記受信回路との間に介設されるホールド・リセット回路を有し、
前記ホールド・リセット回路は、
前記パルス信号電圧の一方向への状態遷移により前記二次コイルが出力する二次コイル電圧がハイレベル電位となった場合に前記パルス信号電圧の値が次にローレベル電位になるまで前記ハイレベル電位を略ホールドして前記受信回路に出力し、その後、前記パルス信号電圧の反対方向への状態遷移により前記二次コイル電圧がローレベル電位となった場合に前記パルス信号電圧の値が次にハイレベル電位になるまで前記ローレベル電位を略ホールドして前記受信回路に出力することを特徴とする磁気式絶縁型信号伝送装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気式絶縁型信号伝送装置において、
前記受信回路をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と所定の定電位源との間を接続するとともに、前記ホールド・リセット回路の出力電圧を保持する蓄積コンデンサを有する磁気式絶縁型信号伝送装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気式絶縁型信号伝送装置において、
前記ホールド・リセット回路は、
前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と前記二次コイルの一端とを接続して前記二次コイル電圧がハイレベル電位となった時にターンオンし、前記二次コイル電圧が所定電位以下に落ち込んだ場合に降伏するツエナーダイオードからなる磁気式絶縁型信号伝送装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気式絶縁型信号伝送装置において、
前記ホールド・リセット回路は、
前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と前記二次コイルの一端とを接続して前記二次コイル電圧がハイレベル電位となった時にターンオンするレベルアップ用ダイオードと、
互いに直列接続されて前記レベルアップダイオードと逆向きに前記レベルアップ用ダイオードと並列接続された複数のレベルダウン用ダイオードとからなる磁気式絶縁型信号伝送装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気式絶縁型信号伝送装置において、
前記ホールド・リセット回路は、
前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と前記二次コイルの一端とを接続するトランスファスイッチ用絶縁ゲート電界効果トランジスタと、前記二次コイル電圧が所定のしきい値電圧より低くなった場合に前記トランスファスイッチ用絶縁ゲート電界効果トランジスタをターンオンするコンパレータとを有する磁気式絶縁型信号伝送装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気式絶縁型信号伝送装置において、
前記ホールド・リセット回路は、
前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と所定の定電位源とを接続するリセットスイッチと、前記二次コイル電圧が所定のしきい値電圧より低くなった場合に前記リセットスイッチをターンオンするコンパレータとを有する磁気式絶縁型信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルストランスを用いてパルス信号を伝送する磁気式絶縁型信号伝送装置（磁気アイソレータとも言う）の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルス信号伝送装置として、パルストランスなどのトランスを用いて入出力間を電気絶縁する磁気式絶縁型信号伝送装置が入出力電気絶縁が要求される用途に広く用いられている。下記の特許文献はこの種の磁気式絶縁型信号伝送装置を記載している。この磁気式絶縁型信号伝送装置は、たとえば光通信技術を用いる光式絶縁型信号伝送装置に比べて信頼性特に熱的信頼性に優れる利点を有し、たとえば車両用として好適である。
【特許文献１】特開平８ー０９１７１６号公報
【特許文献２】特開平１０ー１１２７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来の磁気式絶縁型信号伝送装置による信号伝送では、パルス信号の周波数が低い場合に信号波形の劣化を抑止するためトランスの体格が大幅に増大してしまうという問題があった。これは、トランスの伝送可能エネルギーが磁束量と信号周波数の２乗に比例するため、トランス伝送可能エネルギーを低周波数領域で十分に確保するためトランス体格を増大することにより最大磁束量を増加せねばならないためである。
【０００４】
しかしながら、たとえば車載用途では装置の小型軽量化の優先度が高く、このため磁気式絶縁型信号伝送装置の小型軽量化が要求されていた。この問題を改善するべく、伝送するべき信号を高周波の搬送信号にて変調して伝送する案も提案されているが、回路が複雑となるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、回路の複雑化を抑止しつつ小型軽量化を実現する磁気式絶縁型信号伝送装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するこの発明の磁気式絶縁型信号伝送装置は、パルス信号電圧を出力する送信回路と、送信回路から一次コイルへ印加された前記パルス信号電圧を二次コイルに伝送するパルストランスと、所定の入力容量値と大きい入力抵抗値を有するとともに前記パルストランスを通じて受信した前記パルス信号電圧を増幅する受信回路とを備える磁気式絶縁型信号伝送装置において、前記トランスと前記受信回路との間に介設されるホールド・リセット回路を有し、前記ホールド・リセット回路は、前記パルス信号電圧の一方向への状態遷移により前記二次コイルが出力する二次コイル電圧がハイレベル電位となった場合に前記パルス信号電圧の値が次にローレベル電位になるまで前記ハイレベル電位を略ホールドして前記受信回路に出力し、その後、前記パルス信号電圧の反対方向への状態遷移により前記二次コイル電圧がローレベル電位となった場合に前記パルス信号電圧の値が次にハイレベル電位になるまで前記ローレベル電位を略ホールドして前記受信回路に出力することを特徴としている。
【０００７】
すなわち、この発明の磁気式絶縁型信号伝送装置は、パルストランスの出力電圧を波形整形するホールド・リセット回路を用いる。このホールド・リセット回路は、パルストランスの二次コイル電圧が所定のハイレベル電位となってから次に所定値以下のローレベル電位となるまでハイレベル電位を保持し、パルストランスの二次コイル電圧が上記ローレベル電位となってから次に上記ハイレベル電位に復帰するまでローレベル電位を保持する。このようにすれば、たとえば３００ｂｐｓといった非常な低ビットレートのパルス信号伝送をパルストランスを用いて行うことができるため信頼性特に熱や衝撃に対する信頼性に優れたパルス信号伝送を行うことができ、特に車両用途において好適に利用されることができる。
【０００８】
なお、ホールド・リセット回路が出力する上記ハイレベル電位は、後段の受信回路（その内蔵トランジスタ）をターンオンさせるに十分な電位とされ、ホールド・リセット回路が出力する上記ローレベル電位は、後段の受信回路（その内蔵トランジスタ）をターンオフさせるに十分な電位とされる。
【０００９】
好適な態様において、前記受信回路をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と所定の定電位源との間を接続するとともに、前記ホールド・リセット回路の出力電圧を保持する蓄積コンデンサを有する。このようにすれば、ホールドした上記ハイレベル電位やローレベル電位を良好に保持することができる。なお、この蓄積コンデンサを絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート容量により代用しても良い。
【００１０】
好適な態様において、前記ホールド・リセット回路は、前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と前記二次コイルの一端とを接続して前記二次コイル電圧がハイレベル電位となった時にターンオンし、前記二次コイル電圧が所定電位以下に落ち込んだ場合に降伏するツエナーダイオードからなる。このようにすれば、従来のパルストランスを用いる磁気式絶縁型信号伝送装置に一個のツェナダイオードを追加するという簡単な手法により低ビットレートのパルス信号伝送を確実に実施することができ、更に高ビットレートのパルス信号伝送にも対応することができる。なお、上記でいうツエナーダイオードは、ツエナー降伏ダイオード及びアバランシェ降伏ダイオードを含む。
【００１１】
好適な態様において、前記ホールド・リセット回路は、前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と前記二次コイルの一端とを接続して前記二次コイル電圧がハイレベル電位となった時にターンオンするレベルアップ用ダイオードと、互いに直列接続されて前記レベルアップダイオードと逆向きに前記レベルアップ用ダイオードと並列接続された複数のレベルダウン用ダイオードとからなる。なお、これらのダイオードはたとえばバイポーラトランジスタのベース電極とコレクタ電極とを短絡して代用されることもできる。このようにすれば、上記したツェナダイオードを用いた場合と同等の作用効果を奏することができる。
【００１２】
好適な態様において、前記ホールド・リセット回路は、前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と前記二次コイルの一端とを接続するトランスファスイッチ用絶縁ゲート電界効果トランジスタと、前記二次コイル電圧が所定のしきい値電圧より低くなった場合に前記トランスファスイッチ用絶縁ゲート電界効果トランジスタをターンオンするコンパレータとを有する。このようにすれば、上記したツェナダイオードを用いた場合と同等の作用効果を奏することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記ホールド・リセット回路は、前記受信回路の初段をなす絶縁ゲート電界効果トランジスタの絶縁ゲート電極と所定の定電位源とを接続するリセットスイッチと、前記二次コイル電圧が所定のしきい値電圧より低くなった場合に前記リセットスイッチをターンオンするコンパレータとを有する。このようにすれば、上記したツェナダイオードを用いた場合と同等の作用効果を奏することができる他、受信回路に印加するべきローレベル電位を確実に一定電位とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の磁気式絶縁型信号伝送装置の好適態様を図面を参照して具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施態様に限定されるものではなく、本発明の技術思想は、その他の公知技術又はそれと同等機能をもつ技術の組み合わせにより実現されることもできる。
【００１５】
［実施形態１］
実施形態１の磁気式絶縁型信号伝送装置の回路構成を図１を参照して説明する。この実施例の磁気式絶縁型信号伝送装置は、送信回路１と、パルストランス２と、ホールド・リセット回路３と、受信回路４とからなる。
【００１６】
送信回路１はパルストランス２の一次コイルにパルス信号電圧を出力し、パルストランス２の二次コイルはホールド・リセット回路３を通じて受信回路４にパルス信号電圧を送信する。パルス信号電圧のビットレートは３００ｂｐｓと非常に低周波数とされている。
【００１７】
この実施形態の特徴をなすホールド・リセット回路３は、パルストランス２から出力したパルス信号電圧の正方向への状態遷移時にそのハイレベル電位を略ホールドして受信回路４に出力し、その後、パルス信号電圧の負方向の状態遷移時にそのローレベル電位を略ホールドして受信回路４に出力する２レベルホールド機能をもつため、たとえば３００ｂｐｓといった非常な低ビットレートのパルス信号伝送をパルストランスを用いて行うことができるため信頼性特に熱や衝撃に対する信頼性に優れたパルス信号伝送を行うことができ、特に車両用途において好適に利用されることができる。
【００１８】
図１に示す磁気式絶縁型信号伝送装置の好適実施態様を図２を参照して説明する。
【００１９】
送信回路１は、外部から入力するパルス信号電圧を増幅する初段電圧増幅回路１１と、初段電圧増幅回路１１の出力信号電圧により作動する相補エミッタホロワトランジスタ回路からなる出力バッファ回路１２とからなり、これら回路１１、１２は電源１３から電源電圧を給電されている。１３は初段電圧増幅回路１１のエミッタ接地トランジスタである。出力バッファ回路１２の出力端はパルストランス２の一次コイルにパルス信号電圧Ｖ１を出力する。２１はパルストランス２の一次コイルと直列接続された直流遮断コンデンサである。パルストランス２の出力電圧Ｖ２は、本発明で言うホールド・リセット回路３をなすツェナダイオード３０を通じて受信回路４の入力端に印加される。
【００２０】
受信回路４は、蓄積コンデンサ４０、初段電圧増幅回路４１とを有している。初段電圧増幅回路４１はＮチャンネルのソース接地絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２と、負荷抵抗素子４３とからなり、絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２のドレイン電極端子から出力電圧Ｖ４が出力される。蓄積コンデンサ４０は絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２のゲート電極端子と接地電位とを接続しており、蓄積コンデンサ４０の電圧は受信回路４の入力電圧Ｖ３となる。ツェナダイオード３０のアノード電極はパルストランス２の二次コイルの一端に接続され、二次コイルの他端は接地されている。ツェナダイオード３０のカソード電極は絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２のゲート電極に接続されている。送信回路１及び受信回路４は通常の電圧増幅回路であり、種々の変形が可能であることは言うまでもない。ただし、受信回路４の初段電圧増幅回路４２の入力抵抗は大きくされることが好適であり、このため絶縁ゲート電界効果トランジスタを採用することが好適である。なお、蓄積コンデンサ４０を省略してもよい。
【００２１】
図２に示す磁気式絶縁型信号伝送装置の動作を図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。なお、ツェナダイオード３０の降伏電圧は５．１Ｖ、とした。
【００２２】
パルス信号電圧Ｖ１がローレベルとなると、パルストランス２の出力電圧Ｖ２はわずかの期間だけハイレベルとなり、パルストランス２はツェナダイオード３０を通じて蓄積コンデンサ４０を充電する。これにより、蓄積コンデンサ４０及び絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２のゲート電極電位は、ほぼ電圧Ｖ２のピーク値からツェナダイオード３０の順方向電圧降下を減算した値となり、絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２がオンし、受信回路４はローレベル電位を出力する。その後、パルストランス２の出力電圧Ｖ２のハイレベル電位状態が減衰してもツェナダイオード３０がオフして絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２はオン状態に維持され、受信回路４はローレベル電位を保持する。
【００２３】
パルス信号電圧Ｖ１がハイレベルとなると、パルストランス２の出力電圧Ｖ２はわずかの期間だけローレベルとなり、ツェナダイオード３０が降伏して、蓄積コンデンサ４０はツェナダイオード３０を通じて放電し、絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２のゲート電極電位はほぼ電圧Ｖ２の負のピーク値よりもツェナダイオード３０の降伏電圧だけ高い値となり、絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２がオフし、受信回路４はハイレベル電位を出力する。その後、パルストランス２の出力電圧Ｖ２の負のピークレベル（ローレベル電位状態）が減衰するとツェナダイオード３０が降伏状態から回復してオフ状態となり、絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２はオフ状態に維持され、受信回路４はハイレベル電位を保持する。以下、送信回路１に入力されるパルス信号電圧の状態遷移が生じるたびに上記動作が繰り返される。なお、図３においてＶthは絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２のスレッショルド電圧である。
【００２４】
図２の回路によれば、パルストランス２と受信回路４とをツェナダイオード３０を通じて接続するのみで、送信回路１が出力するパルス信号電圧Ｖ１の状態遷移ごとに受信回路４の入力電圧のホールドレベルを変更することができるため、極めて簡素な回路構成により信頼性に優れた低ビットレートの磁気式絶縁型信号伝送装置を実現することができる。
【００２５】
［実施形態２］
他の実施形態を図４を参照して説明する。この実施形態は、図３のホールド・リセット回路３のツェナダイオード３０を接合ダイオードにて作製したものであり、この磁気式絶縁型信号伝送装置をパルストランス２を除いて集積化するのに好適である。
【００２６】
ホールド・リセット回路３は、ダイオード３１〜３８からなる。ダイオード３１は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ４２の絶縁ゲート電極にカソード電極が、パルストランス２の二次コイルの一端にアノード電極が接続されて、二次コイル電圧Ｖ２がハイレベルとなった時にターンオンするレベルアップ用ダイオードである。
【００２７】
ダイオード３２〜３８は互いに直列接続されてレベルアップ用ダイオード３１と逆向きにレベルアップ用ダイオード３１と並列接続される７個のレベルダウン用ダイオードである。このホールド・リセット回路３は図２に示すツェナダイオード３０と同様の動作を行うことができる。
【００２８】
［実施形態３］
他の実施形態を図５を参照して説明する。この実施形態は、図３のホールド・リセット回路３のツェナダイオード３０をトランスファスイッチとしてのＮチャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９に変更し、この絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９をコンパレータ３９０により制御するものである。ただし、絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９の寄生ダイオードＤのカソード電極は蓄積コンデンサ４０に、アノード電極はパルストランス２の二次コイルの一端に接続される。
【００２９】
コンパレータ３９０は、パルストランス２の二次コイル電圧Ｖ２と所定の基準電圧より低くなれば絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９をターンオンさせる。  図５の回路によれば、図２、図４に示す回路と同様の回路動作を実現することができる。この実施形態によればツェナダイオードを使用する必要がないため、集積化が容易となる。
【００３０】
［実施形態４］
他の実施形態を図６を参照して説明する。この実施形態は、図４のホールド・リセット回路３において、レベルダウン用ダイオード３２〜３８の代わりにリセットスイッチをなす絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９aと、この絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９aを制御するコンパレータ３９０とからなる。ただし、絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９aの寄生ダイオードＤのカソード電極は蓄積コンデンサ４０に接続され、アノード電極は接地される。絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９aは蓄積コンデンサ４０と並列に接続される。
【００３１】
コンパレータ３９０は、パルストランス２の二次コイル電圧Ｖ２と所定の基準電圧より低くなれば絶縁ゲート電界効果トランジスタ３９aをターンオンさせるため、図４のレベルダウン用のダイオード３２〜３８と同様に、蓄積コンデンサ４０の電位を低下させることができる。図６の回路によれば、図２、図４に示す回路と同様の回路動作を実現することができる。また、蓄積コンデンサ４０のローレベル電位をほぼ接地電位に安定に保持することができる。更に、この実施形態によればツェナダイオードを使用する必要がないため、集積化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の磁気式絶縁型信号伝送装置の回路構成を示すブロック回路図である。
【図２】実施形態１を示す回路図である。
【図３】図２の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】実施形態２を示す回路図である。
【図５】実施形態２を示す回路図である。
【図６】実施形態２を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      送信回路
２      パルストランス
３      ホールド・リセット回路
４      受信回路
３０      ツェナダイオード
３１      レベルアップ用ダイオード
３２〜３８      レベルダウン用ダイオード
３９a      絶縁ゲート電界効果トランジスタ
３９      絶縁ゲート電界効果トランジスタ
４０      蓄積コンデンサ
４１      初段電圧増幅回路
４２      絶縁ゲート電界効果トランジスタ
４３      負荷抵抗素子
【図１】
2006352782.tif 000003
【図２】
2006352782.tif 000004
【図３】
2006352782.tif 000005
【図４】
2006352782.tif 000006
【図５】
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【図６】
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